1、数据帧格式
我们首先来看看数据链路层的传输数据帧的格式。
所有的以太网(802.3)帧都基于一个共同的格式。在原有规范的基础上，帧格式已被改进以支持额外功能。
当前以太网的帧格式[1]如下：
前导：用在发送方和接收方之间同步时钟和bit流；
SFD：帧开始界定符，只有一个byte，内容固定为：10101011 (0xAB)；
DST：目标MAC地址；
SRC：源MAC地址；
长度或类型：0800时，表示IP数据报，0806表示ARP请求/应答，0835表示RARP请求/应答；
FCS：帧检验序列，用于数据帧的差错检测；
这个包应该发给谁？
判断是否应该接受这个包，就是通过帧的MAC地址进行判断的。
这是一个物理地址，叫做链路层地址，因为链路层主要解决媒体接入控制问题，所以称为MAC地址(Media Access Control Address)。实际上，MAC地址就是适配器地址或适配器标识符，当适配器插入到某台计算机之后，适配器上的标识符就成为这台计算机的MAC地址了。
怎么校验包是否出现错误
FCS是帧校验序列，也就是循环冗余检测，收到数据报之后，会通过一个检验计算规则，把计算结果与FCS字段匹配，如果匹配补上，则帧可能在传输过程中受损，通常会丢弃该帧。
2、ARP: 如何获取目标机器的MAC地址？
我们知道，在数据链路层，是通过MAC地址判断某一个接收到的包是不是要进一步处理的。但是如果我们不知道对方的MAC地址的时候，如何发送数据链路层的帧呢？这就需要用到数据链路层的ARP协议了。
ARP协议：ARP为IP地址到硬件地址之间提供了动态映射，我们通过ARP可以把32位的Internet地址转换为48位的MAC地址。另外，我们可以使用RARP，把48位的MAC地址转换为32位的Internet地址。
另外，为了保证ARP的高效运行，ARP会维护每个主机和路由器上的ARP缓存，把Internet地址和MAC地址的映射关系保存起来，缓存正常到期时间是20分钟。
下面是这个过程的演示，其中ARP数据帧只把关键信息描述出来了，想要了解完整的帧格式可以用参考 TCP/IP协议详解卷1[2]
如上图：
主机A想知道192.168.1.4这个IP地址的MAC地址是什么，发现本地缓存中找不到，于是广播了一个ARP请求，主机B和主机D收到之后，发现自己不是192.168.1.4于是忽略这个消息，主机C发现自己就是192.168.1.4，于是响应了一个ARP数据帧。最终主机A收到主机C响应的数据帧，拿到了MAC地址，并把IP地址和MAC地址映射关系保存下来。
3、链路层设备之交换机
3.1、为什么需要交换机？
前面我们用了集线器组件网络，这个时候所有消息都会广播到其他端口，可以发现集线器转发了很多不必要的消息，能不能只发给需要的端口呢？这个时候就需要用到交换机了。
当一台电脑A向交换机发送数据时，交换机会把电脑A的IP和MAC地址记住，保存到一个转发表中，如果转发表中暂时找不到目标IP地址的MAC地址，那么首先还是会广播消息，最终转发表会记录所有请求过交换机的电脑IP和MAC。当然，转发表也是有过期时间的。
如上图，看到交换机的奸笑没有，与集线器不同，交换机是有灵魂的的，你告诉他你的身份证号和住址了，他就会偷偷记下来。
3.2、为什么有了IP地址，还需要有MAC地址？
IP地址是工作在网络层的，后面会讲到；
MAC地址是工作在数据链路层的，也就是交换机这一层，交换机之间的主机进行通信，都是用的MAC地址，但是一旦走出了局域网，我们就得用大家都公认的IP地址了。
MAC地址就好像是我们的身份证，IP就像是我们的住址，可以根据住址寄送快递，但是不能根据身份证号码寄快递，别人不知道怎么走呢。
一个局域网，用身份证没有问题呀，因为要找某个人，ARP会大喊一声名字，那个人就会告诉你他的身份证号码了，这个时候直接以身份证作为标识传消息，别人听到不是自己的身份证就不管了。最终交换机这个小管家记住了所有人的名字跟身份证号码，就会使用悄悄话的方式传达消息了。这也就是用到了交换机的转发表。
3.3、交换机拓扑环路问题
假设我现在拉网线，搞了一个这样的拓扑结构：
如上图，主机准备发送一个消息出去，结果交换机B收到后，复制数据帧，发送给了交换机A、C、D，此时交换机B认为主机是在左边。但是不妙的事情发生了，交换机D收到消息后，由于转发表还是空的，又是也复制数据帧，转发到了交换机A、B、C，这个时候交换机B发现怎么主机的数据又从右边传过来了，这些彻底晕了，不知道主机究竟在哪里。就这样数据一致在这个网络里面打转，这就拓扑环路导致的问题。
生成树协议
为了解决以上问题，于是 有了生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）。
STP通过在每个交换机禁用某些端口工作，来避免拓扑环路，保证不会出现重复路径。
STP会找到拓扑结构的一个生成树，通过生成树避免环路。生成树的形成和维护有多个网桥完成，在每个网桥上运行一个分布式算法。
以上拓扑，结构，最终应用了生成树，禁用一些端口之后，可能会是这样：
这样，消息就不可能再传回左边的主机了，从而避免了拓扑环路导致的问题。
建立生成树：
网桥会发送一种称为网桥协议数据单元（BPDU）的帧来辅助形成和维护生成树。
STP首先会尝试选举根网桥，根网桥是在网络中标识符最小的网桥(也就是说优先级与MAC地址结合)，网桥初始化的时候，假设自己是最小的网桥，然后用自己的网桥ID作为根ID字段的值发送配置BPDU消息，如果发现ID更小的网桥，那么会停止发送自己的帧，并基于接收到的ID更小的帧构造下一步发送的BPDU消息。发出根ID更小的BPDU端口被标记为根端口，剩余端口被设置为阻塞或者转发状态。
